基于自反射光的扩束光路补偿的激光扩束传输系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及激光扩束传输技术领域，提供了一种基于自反射光的扩束光路补偿的激光扩束传输系统和用于该系统的扩束光路补偿方法。该系统包括分光镜、第一扩束机构、变形反射镜、第二扩束机构、采样反射镜、缩束机构、波前探测器、波前控制器和高压放大器，其中采样反射镜位于光路的末端，本发明专利技术根据光路可逆原理，使用扩束光路自身作为缩束光路，通过探测激光的自反射光的波前信息并计算控制电压实现对扩束光路的补偿，系统结构简单、成本低、光路简单，该系统采用的分离式两级扩束机构，可以根据不同需求进行调整，使得该系统具有非常好的通用性。本发明专利技术提供的用于上述系统的方法实现简单，通用性好，可实施性强，补偿精度高。

Laser beam expanding transmission system and method based on self-reflecting beam path compensation

【技术实现步骤摘要】
基于自反射光的扩束光路补偿的激光扩束传输系统及方法
本专利技术涉及激光扩束传输
，更具体而言，涉及一种具有测量传输激光的自反射光波前畸变并进行扩束光路补偿功能的激光扩束传输系统和用于激光扩束传输系统的扩束光路补偿方法。
技术介绍
激光具有光束质量好、功率密度高等特点，是一种重要的光源与信息载体。在激光的传输过程中，例如在测距、武器、通信等领域，通常需要进行扩束，以压缩其发散角，获得更高的传输效率。但是激光在传输过程中，由于其能量密度高，热效应严重，会使透镜等元件发生畸变，光束波前产生一定的像差，降低传输效率。此外，随着时间的推移，扩束光学系统由于机械形变、震动等原因，也会产生一定的畸变，进一步降低传输激光的光束质量。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术提出了一种具有测量传输激光的自反射光波前畸变并进行扩束光路补偿功能的激光扩束传输的技术方案。本专利技术的目的可通过以下技术措施来实现：本专利技术第一方面提供了一种基于自反射光的扩束光路补偿的激光扩束传输系统，所述系统包括：分光镜，入射光束经过所述分光镜后被分成第一反射光束和第一透射光束；第一扩束机构，对所述第一透射光束进行扩束，以形成直径与变形反射镜口径相匹配的第一光束；变形反射镜，所述第一光束经过所述变形反射镜后反射形成第二反射光束；第二扩束机构，将所述第二反射光束进行扩束，以形成第二光束；采样反射镜，所述第二光束经过所述采样反射镜后反射形成第三反射光束，所述第三反射光束依次经过所述第二扩束机构、所述变形反射镜、所述第一扩束机构和所述分光镜，被所述分光镜分成第四反射光束和第二透射光束；缩束机构，将所述第四反射光束进行缩束，以形成与波前探测器口径相匹配的第三光束；波前探测器，获取所述第三光束的波前信息；波前控制器，根据所述波前信息计算控制电压；高压放大器，将所述控制电压施加到所述变形反射镜上。优选地，所述采样反射镜为带楔角的平面反射镜，包括前反射面和后反射面，所述楔角在所述后反射面上，所述第二光束先到达所述前反射面。更优选地，所述前反射面和所述后反射面上均设有增透膜。优选地，所述第一扩束机构是由若干个透镜组成的倍率可调节的扩束机构。优选地，所述分光镜为双向分光元件。优选地，所述系统还包括模拟平行光源和光垃圾篓，所述光垃圾篓将不需要的光吸收并隔离，所述模拟平行光源输出模拟平行光，用于对所述波前控制器进行标定。优选地，所述分光镜、所述采样反射器、所述模拟平行光源和所述光垃圾篓均能够被切入或切出光路中。优选地，所述缩束机构包括聚焦透镜和准直透镜，所述第四反射光束依次经过所述聚焦透镜和所述准直透镜后，形成直径与所述波前探测器的口径相匹配的第三光束。优选地，所述聚焦透镜和所述准直透镜均为凸透镜；和/或所述第二扩束机构是由若干个透镜组成的扩束机构；和/或所述分光镜为分光棱镜晶体或分光膜；和/或所述变形镜为连续镜面压电促动变形镜或MEMS变形镜；和/或所述波前控制器为工业控制计算机。本专利技术第二方面提供了一种上述系统的激光扩束传输方法，所述方法包括：对所述波前控制器进行标定；将入射光束进行扩束，以形成直径与所述变形反射镜口径相匹配的第一光束；将所述第一光束经变形反射镜反射形成的反射光束进行扩束，以形成第二光束；接收所述第二光束的反射光束，并获取所述反射光束的波前信息；根据所述波前信息计算控制电压；根据所述控制电压对光路进行校正。与现有技术相比，本专利技术提供的激光扩束传输系统根据光路可逆原理，在光路末端增加与光轴垂直的采样反射镜，使用扩束光路自身作为缩束光路，通过探测激光的自反射光的波前信息并计算控制电压实现了对该系统的扩束光路的补偿，避免了传统方法中在扩束光路最末端增加大口径分光镜和缩束镜组采样，增加光路复杂度和成本的缺陷，系统结构简单、成本低、光路简单，尤其适用于高功率激光由于光学元件等热效应导致的波前畸变较大、传输效率低等情况；该系统采用分离式两级扩束机构，包括了多级扩束透镜组，均通过模块化设计，结构简单紧凑，可以根据不同需求进行调整，使得该系统具有非常好的通用性。同时本专利技术提供的基于该系统的激光扩束传输方法实现简单，通用性好，可实施性强，补偿精度高。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种激光扩束传输系统的结构示意图。图2是本专利技术实施例提供的一种采样反射镜的结构示意图。图3是本专利技术实施例提供的一种分光镜与电动平移台的配合示意图。图4是本专利技术实施例提供的一种采样反射镜与电动平移台的配合示意图。图中1、分光镜；2、一级连续变倍扩束器；3、可变形反射镜；4、二级扩束器；5、采样反射镜；6、聚焦透镜；7、准直透镜；8、波前探测器；9、波前控制器；10、高压放大器；11、光垃圾篓；12、模拟平行光源；13、第一电动平移台；14、第一平移控制器；15、前反射面；16、楔角；17、后反射面；18第二电动平移台；19、第二平移控制器；20第三电动平移台；21、第三平移控制器。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本专利技术的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本专利技术具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。本专利技术提供了一种基于自反射光的扩束光路补偿的激光扩束传输系统，如图1所示，该系统包括可移动模块、缩束模块、扩束模块和波前校正模块，其中，可移动模块包括分光镜1、采样反射镜5、模拟平行光源12、光垃圾篓11；缩束模块包括聚焦透镜6和准直透镜7；扩束模块包括一级连续变倍扩束器2和二级扩束器4；波前校正模块包括波前探测器8、波前控制器9、高压放大器10和可变形反射镜3。分光镜1为双向分光元件，两个方向均具有反射和透射光的功能，激光经过分光镜1的第一个方向，被分成反射光和透射光，其中反射光为无用光由光垃圾篓11吸收隔离，以防止对人体伤害，透射光经过一级连续变倍扩束器2扩束成与可变形反射镜3口径相匹配的第一光束，该第一光束经可变形反射镜3反射后，再经二级扩束器4扩束成直径符合要求的第二光束，第二光束到达采样反射镜5反射后产生激光的自反射光，其中采样反射镜5与主光路的光轴垂直，该自反射光依次经过二级扩束器4、可变形反射镜3、一级连续变倍扩束器2后到达分光镜1的第二个方向，再次被分成透射光和反射光，其中透射光为无用光，反射光依次经过聚焦透镜6和准直透镜7后缩束成与波前探测器8的口径相匹配的光束。波前探测器8探测到该光束后，获取该光束的波前信息，并转换为图像数据传输至波前控制器9，波前控制器9根据该图像数据计算并产生控制电压，而高压放大器10则将该控制电压的信号放大为能够驱动可变形反射镜3工作的高压信号，可变形反射镜3根据该高压信号对经过其表面反射的光信号进行波前调控。通过实时驱动变形镜对波前分布进行补偿，使激光波前分布接近平坦，提高激光传输质量因子。在本实施例中，分光镜1具有能够被切入或切出电路的功能，如图3所示，通过将分光镜1设于第二电动平移台18上，第二电动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自反射光的扩束光路补偿的激光扩束传输系统，其特征在于，所述系统包括：分光镜，入射光束经过所述分光镜后被分成第一反射光束和第一透射光束；第一扩束机构，对所述第一透射光束进行扩束，以形成直径与变形反射镜口径相匹配的第一光束；变形反射镜，所述第一光束经过所述变形反射镜后反射形成第二反射光束；第二扩束机构，将所述第二反射光束进行扩束，以形成第二光束；采样反射镜，所述第二光束经过所述采样反射镜后反射形成第三反射光束，所述第三反射光束依次经过所述第二扩束机构、所述变形反射镜、所述第一扩束机构和所述分光镜，被所述分光镜分成第四反射光束和第二透射光束；缩束机构，将所述第四反射光束进行缩束，以形成与波前探测器口径相匹配的第三光束；波前探测器，获取所述第三光束的波前信息；波前控制器，根据所述波前信息计算控制电压；高压放大器，将所述控制电压施加到所述变形反射镜上。

【技术特征摘要】
1.一种基于自反射光的扩束光路补偿的激光扩束传输系统，其特征在于，所述系统包括：分光镜，入射光束经过所述分光镜后被分成第一反射光束和第一透射光束；第一扩束机构，对所述第一透射光束进行扩束，以形成直径与变形反射镜口径相匹配的第一光束；变形反射镜，所述第一光束经过所述变形反射镜后反射形成第二反射光束；第二扩束机构，将所述第二反射光束进行扩束，以形成第二光束；采样反射镜，所述第二光束经过所述采样反射镜后反射形成第三反射光束，所述第三反射光束依次经过所述第二扩束机构、所述变形反射镜、所述第一扩束机构和所述分光镜，被所述分光镜分成第四反射光束和第二透射光束；缩束机构，将所述第四反射光束进行缩束，以形成与波前探测器口径相匹配的第三光束；波前探测器，获取所述第三光束的波前信息；波前控制器，根据所述波前信息计算控制电压；高压放大器，将所述控制电压施加到所述变形反射镜上。2.如权利要求1所述的激光扩束传输系统，其特征在于，所述采样反射镜为带楔角的平面反射镜，包括前反射面和后反射面，所述楔角在所述后反射面上，所述第二光束先到达所述前反射面。3.如权利要求2所述的激光扩束传输系统，其特征在于，所述前反射面和所述后反射面上均设有增透膜。4.如权利要求1所述的激光扩束传输系统，其特征在于，所述第一扩束机构是由若干个透镜组成的倍率可调节的扩束机构。5.如权利要求1所述的激光扩束传输系统，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杰，王建立，陈涛，孙敬伟，吕天宇，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22